電壓無功綜合控制及實施方案

作者：佚名 文章(zhāng)來源：不詳 

0　概　述

　　電壓是電力系統電能質量的(de)重要指标之一(yī)，而系統的(de)無功平衡是保證電壓質量的(de)重要條件；系統中各種無功電源的(de)無功出力應滿足系統所有(yǒu)負荷和(hé)網絡損耗的(de)需求，否則電壓就會偏離(lí)額定值。當電壓偏低(dī)時，系統中的(de)功率損耗和(hé)能量損耗加大，電壓過低(dī)時，還可(kě)能危及系統運行(xíng)的(de)穩定性，甚至引起電壓崩潰；而電壓過高(gāo)時，各種電氣設備的(de)絕緣可(kě)能受到損害，通過合理(lǐ)調節電壓和(hé)投退無功補償設備就能使我們的(de)電能質量得到保證，達到穩定運行(xíng)的(de)标準和(hé)滿足用戶的(de)要求。

　　在電力系統的(de)正常運行(xíng)中，随着用電負荷的(de)變化和(hé)系統運行(xíng)方式的(de)改變，電網中的(de)電壓損耗也将發生變化。要嚴格保證所有(yǒu)用戶在任何時刻都有(yǒu)額定電壓是不可(kě)能的(de)，因此，系統運行(xíng)中各電壓監測點或用戶電壓有(yǒu)稍微的(de)偏移（隻要是在規定允許的(de)範圍內(nèi)，對于監測點電壓允許範圍：220 kV：209～231 kV，110 kV：106～116 kV，10 kV：10～11 kV，對于用戶電壓允許範圍：110 kV：104．5～115．5 kV，35 kV：33．3～36．8 kV，10 kV：9．3～10．7 kV）是不可(kě)避免的(de)，要使系統電壓達到規定的(de)标準，對一(yī)般的(de)供電局來說主要可(kě)以采用以下措施：　　a．當系統的(de)無功功率供用比較充裕時，可(kě)以調節變壓器的(de)變比；b．當系統無功供用不足或過剩時，可(kě)以通過投退無功補償設備，改變無功功率的(de)分布，達到調節電壓的(de)目的(de)。通過調節變壓器變比調整系統電壓比較直觀，而投退無功補償裝置，同樣能達到調壓的(de)作用。多數情況下，兩者必須綜合考慮。

　　我們知道(dào)電力系統中異步電動機(jī)占系統負荷的(de)很大部分（特别是無功負荷），所以電力系統無功負荷的(de)電壓特性主要由異步電動機(jī)決定；以電壓作為(wèi)橫坐标軸，無功功率作為(wèi)縱坐标軸，可(kě)以畫出異步電動機(jī)的(de)靜特性曲線。

　　a表示電動機(jī)的(de)實際負荷同它的(de)額定負荷之比，即受載系數。

　　在電力系統運行(xíng)中，電源的(de)無功功率（即無功電源）在任何時刻都同負荷的(de)無功功率和(hé)網絡的(de)無功損耗之和(hé)（及總的(de)無功負載）相等，也就是說無論何時電網中的(de)無功總是平衡的(de)，問題在于無功功率的(de)這種平衡是在什麽樣的(de)電壓水平下實現的(de)。

　　系統總的(de)無功電源包括發電機(jī)的(de)無功功率和(hé)各種無功補償設備的(de)無功功率，同樣，我們以電壓作為(wèi)橫軸，無功功率作為(wèi)縱軸，可(kě)作得無功電源與電壓的(de)關系曲線如(rú)圖2中曲線1，3，是一(yī)條向下開口的(de)抛物線，而負荷的(de)無功電壓曲線如(rú)曲線2，4。

　　如(rú)果此時系統的(de)無功功率是平衡的(de)（沒有(yǒu)無功缺額），那麽曲線1與曲線2的(de)交點a，即為(wèi)額定電壓下的(de)無功平衡點，對應的(de)電壓Ua就是額定電壓Ue。當負荷增加時，負荷的(de)無功——電壓特性如(rú)曲線4，如(rú)果此時系統的(de)無功電源沒有(yǒu)相應的(de)增加，電源的(de)電壓——無功特性曲線仍為(wèi)曲線1，這時曲線1與曲線4的(de)交點a′就代表了新的(de)無功平衡點，并由此決定了負荷電壓為(wèi)Ua′，顯然Ua′＜Ue，這說明負荷增加後，系統的(de)無功總電源已不能滿足在額定電壓Ue下無功平衡的(de)需要，因此，隻好降低(dī)電壓運行(xíng)，以取得在較低(dī)電壓Ua′下的(de)無功功率平衡。如(rú)果此時系統內(nèi)發電機(jī)又無充足的(de)無功備用，我們隻有(yǒu)通過投入無功補償電容器，使系統的(de)無功——電壓特性曲線上移到接近曲線3，從而使曲線3與曲線4的(de)交點b所确定的(de)電壓接近額定電壓Ue。所以通過投切電容器補償裝置同樣能調節電網電壓。 

　　通過調節變壓器變比與投退電容補償裝置這兩種調壓措施，在系統正常運行(xíng)中是如(rú)何合理(lǐ)應用和(hé)綜合控制的(de)呢(ne)？目前，電壓調節及無功補償綜合自(zì)動化控制的(de)核心是由計算機(jī)對電壓、無功進行(xíng)分區優化控制的(de)。

1　電壓、無功分區優化控制

　　以變電站變壓器電源側無功功率作為(wèi)橫軸，用戶側母線電壓為(wèi)縱軸，建立平面直角坐标系，坐标系中一(yī)象限的(de)每一(yī)點就對應運行(xíng)中的(de)一(yī)組電壓、無功值。變電站運行(xíng)中的(de)電壓、無功狀況就由這個平面坐标系的(de)每個對應點表示出來了，如(rú)圖3中的(de)曲線1和(hé)2的(de)交點a就代表某一(yī)運行(xíng)方式下的(de)一(yī)組電壓、無功平衡點。從控制理(lǐ)論上講，對一(yī)個系統可(kě)在該圖中選定某一(yī)特定的(de)點作為(wèi)最佳控制點來控制，但在實際應用中，電壓的(de)升降是由變壓器分接開關以額定電壓的(de)±1．25％，甚至±2．5％為(wèi)一(yī)檔，一(yī)檔一(yī)檔調節的(de)，并不是連續調節的(de)，電容器也是以組為(wèi)單位整組投退的(de)，所以電壓和(hé)無功都隻可(kě)能在某一(yī)範圍內(nèi)接近額定值，因此，實際控制時，隻對電壓、無功劃分區域進行(xíng)控制，也就是對電壓和(hé)無功分區控制，設置好上限和(hé)下限，隻有(yǒu)在超出上限下限的(de)情況下，電壓無功控制裝置才會指揮變壓器分接開關升降、電容器投切。

2　控制原則和(hé)控制方案

　　由于變電站電壓及無功功率是随着電網電壓和(hé)負荷變化而變的(de)，加之變電站運行(xíng)方式也時有(yǒu)改變，且考慮到一(yī)次設備故障等情況十分複雜，因此必須有(yǒu)一(yī)個控制原則和(hé)适應多種情況的(de)控制方案。

2．1　控制原則

　　a．分區優化控制。在某一(yī)個控制區內(nèi)，在電壓和(hé)無功兩者不能同時兼顧時，一(yī)般是優先考慮電壓合格，具體就是調節變壓器的(de)分接開關，但也可(kě)以先投退電容器。

　　b．定時動作間隔時間。為(wèi)避免變壓器分接頭和(hé)電容器組投切過于頻繁，加大檢修量，造成電容器爆炸等後果，常規定變壓器分接頭兩次動作之間或變壓器1 d內(nèi)有(yǒu)載調壓分接頭的(de)次數，電容器組兩次動作之間必須有(yǒu)一(yī)定的(de)時間間隔，該時間可(kě)以根據實際情況設置。

　　c．死區設定。為(wèi)避免電壓波動，引起電壓、無功控制裝置誤動，保證系統控制的(de)穩定性，電壓、無功綜合控制中常設定電壓和(hé)無功的(de)死區值及動作的(de)門坎值，當實測電壓（或無功）在其控制上（下）限一(yī)定幅度（死區值）內(nèi)變化時，綜合控制應不響應。

　　d．閉鎖條件。閉鎖是指在系統異常或變電站發生異常情況下，電壓、無功綜合控制系統能及時停止自(zì)動調節，以避免事故擴大。閉鎖的(de)要求除了可(kě)靠性外，還應具備快速性，一(yī)旦閉鎖條件産生，電壓、無功控制裝置應能立即響應，否則将對變電站的(de)安全運行(xíng)帶來嚴重的(de)威脅。例如(rú)：當電容器保護動作開關跳閘，若綜合控制裝置未及時閉鎖，指揮電容器在跳開後很短(duǎn)的(de)時間內(nèi)又投入，則可(kě)能造成電容器由于帶電荷合閘而發生爆炸等，後果不堪設想，所以，必須具備一(yī)些閉鎖條件。其中包括：主變和(hé)電容器的(de)部分保護動作，電壓回路斷線，電壓過低(dī)，電壓過高(gāo)，主變分接頭遙控失靈（滑檔），主變并列錯檔等。

2．2　控制方案

　　a．在電壓優先的(de)情況下，電壓、無功綜合調節，即既調電壓也投切電容器；b．檢電壓隻調節變壓器分接開關；c．檢電壓隻投切電容器；d．檢無功隻投切電容器；e．綜合檢測隻投切電容器。

　　其他的(de)幾種控制方式隻是在綜合調節的(de)基礎上檢其中的(de)一(yī)項，而作用于調變比或投退無功補償裝置。

3　電壓無功綜合控制的(de)實現方法

　　電壓無功綜合控制裝置作為(wèi)一(yī)種近幾年(nián)才應用于電力系統的(de)新裝置，在目前主要有(yǒu)3種實施方法：a．變電站自(zì)動化系統後台機(jī)軟件方式；b．專門的(de)電壓無功綜合控制裝置，有(yǒu)網絡同自(zì)動化系統相連的(de)方式；c．自(zì)帶輸入／輸出系統完全獨立的(de)軟、硬件系統方式。

　　對于後台機(jī)軟件方式的(de)綜合控制系統完全依賴于變電站自(zì)動化系統的(de)後台計算機(jī)，是後台監控系統中的(de)一(yī)個子(zǐ)模塊，與其它2種方式比較，其顯著的(de)優點在于省去(qù)了專門的(de)硬件設備，也不必敷設專門的(de)電纜，從而降低(dī)了成本，而且不用專門的(de)調試，節省了維護的(de)工作量，其最大的(de)缺點是功能依賴于上位機(jī)系統和(hé)通信網絡，且上位機(jī)監控系統經常有(yǒu)人操作，容易發生死機(jī)等異常現象；由于送入綜合控制模塊的(de)模拟量、開關量及閉鎖量都要經過自(zì)動化系統後台機(jī)的(de)處理(lǐ)和(hé)通信網絡的(de)輸入與交換，所以動作速度、反應速度相應來說都比較慢。

　　專門的(de)無功綜合控制裝置，由網絡與自(zì)動化系統相連的(de)方式，雖配置了專門的(de)硬件插件，也增加了部分電纜，其主要的(de)優點是動作不完全依賴于自(zì)動化系統的(de)後台機(jī)，能獨立采取模拟量進行(xíng)判斷，所以動作速度相對于軟件實現方式要快些，但其閉鎖量、動作出口還是通過後台機(jī)和(hé)通信網絡實現的(de)，因此在某種程度上還是受後台機(jī)和(hé)網絡的(de)限制，而且有(yǒu)些專門的(de)電壓無功控制插件裝置，是各台變壓器和(hé)相應段電容器組配1套裝置，2台變壓器并列運行(xíng)時，就必須用2套專用裝置，此時可(kě)能發生錯檔等弊端。

　　自(zì)帶輸入／輸出系統的(de)綜合控制系統，就完全不依賴自(zì)動化系統的(de)後台機(jī)和(hé)通信網絡，其開關量、模拟量的(de)采集以及控制量的(de)輸出都是自(zì)身功能的(de)一(yī)個獨立部分，它是集輸入／輸出系統、計算及判斷于一(yī)體化的(de)綜合控制裝置，特别是所有(yǒu)的(de)閉鎖信号均是由相應的(de)硬接點輸入，因此其動作速度都較前2種方式快，且由于不受後台機(jī)和(hé)通信網絡的(de)限制，所以可(kě)靠性比較高(gāo)。但相對于後台機(jī)軟件方式和(hé)網絡方式專門插件裝置來說，這種綜合控制系統的(de)信息共享程度差，輸入、輸出所須敷設的(de)電纜較多，閉鎖等模拟量均須采用單獨的(de)硬接點，所以系統較前2種龐大。

　　總之，電壓無功的(de)綜合控制是保證電壓質量的(de)必不可(kě)少的(de)手段和(hé)措施。幾種實現方式各有(yǒu)其優、缺點。對于新建的(de)變電站，由于目前采用綜合自(zì)動化系統，設備較先進、精幹，在能保證反應速度、動作速度的(de)前提下，選用後台機(jī)軟件方式或由與網絡相連的(de)專門的(de)綜合控制插件裝置比較合适；對于一(yī)些擴建的(de)和(hé)無人值班改造的(de)老變電站，采用帶輸入／輸出系統的(de)綜合控制系統較合适，一(yī)是它可(kě)靠，再者老變電站也無後台機(jī)等現代化的(de)自(zì)動化設備和(hé)通信網絡，由老設備改造接入電壓無功綜合控制設備容易。